首页 > 学术论文

沼气发酵罐内搅拌混合过程试验及CFD模拟研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-18 12:43:04
热度:

沼气发酵罐内搅拌混合过程试验及CFD模拟研究【摘要】:根据可持续发展战略的要求,新能源开发成为必然发展趋势,在可再生能源中,沼气尤其具有发展潜力。沼气发酵是一种能够将污染废弃物变为

【摘要】:根据可持续发展战略的要求,新能源开发成为必然发展趋势,在可再生能源中,沼气尤其具有发展潜力。沼气发酵是一种能够将污染废弃物变为洁净能源的技术,沼气生产工艺和技术研究的重要性因此受到越来越多的关注。沼气生产工艺过程中,由于发酵菌种需同发酵原料充分接触,沼气产量才会得到保证,于是搅拌在发酵的过程中起到非常重要的作用。以往对沼气搅拌装置的选用都是参考其他工业标准,并没有针对沼气产气特性的配套装置,本研究基于沼气发酵技术长远发展需要,对沼气发酵搅拌装置进行探索性研究。 随着计算技术的快速发展,CFD数值模拟技术在搅拌装置中的应用越来越广泛,沼气发酵原料组成成分复杂,但影响混合搅拌过程的物理特性主要是流变特性及密度,经过研究表明畜禽粪便原料流变特性为假塑性流体,当其浓度低时也可近似于牛顿流体,因此本文将对研究物系设置为固体颗粒—水两相体系,固体浓度为8%,颗粒平均直径设为0.63mm,粘度设为165.99mPa·s,密度ρ=1.2g/cm3。 本文从试验和数值模拟两个角度对沼气搅拌装置进行研究,试验部分通过对无搅拌、二层桨搅拌、三层桨搅拌三种沼气发酵效果进行了对比研究,得出搅拌在沼气发酵过程中起到的作用;通过CFD数值模拟技术模拟出相应搅拌桨搅拌过程的流体流场的分布状况,采用Fluent软件,应用Eulerian-Eulerian两流体理论建立描述搅拌罐内液-固两相流的数学模型,采用标准κ—ε两相湍流模型对体系湍流特性进行描述,用多重参考系法对搅拌罐内液-固两相流的流体动力学特性进行三维全流场数值模拟,然后将计算结果与试验数据相对比,确定数值模拟技术在沼气搅拌装置研究中的可行性,在此基础上对沼气搅拌装置内部结构进行优化,从不同搅拌层搅拌桨和不同离底高度两个方面对搅拌装置进行分析研究。本文的主要研究成果包括: (1)本研究通过对无搅拌、二、三层搅拌桨搅拌三组进行对比试验,结果显示二、三层搅拌桨搅拌装置产气量要比无搅拌都要高出20%以上,试验中三层桨搅拌装置产气效果最好。 (2)通过对试验研究与模拟研究的对比分析,试验产气量对比结果与数值模拟流场分布效果具有一致性,说明应用CFD模拟技术在沼气发酵的原料搅拌过程中具有可行性。 (3)在搅拌桨层及桨叶离底高度对搅拌效果影响研究中,通过对一层桨,二层桨及三层桨搅拌过程中流体速度场的分析,得出三种搅拌桨对搅拌装置内流体流动速度分布都具有影响,不同程度起到均匀混合的目的,三种搅拌桨中三层桨搅拌装置搅拌效果较好,在搅拌装置直径与料液高度均为200mm的情况下,离底高度值为40mm时搅拌效果最佳。 【关键词】:沼气发酵 CFD 搅拌桨 混合
【学位授予单位】:吉林农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:S216.4
【目录】:
  • 摘要4-5
  • Abstract5-9
  • 第一章 绪论9-14
  • 1.1 课题研究背景及意义9-10
  • 1.2 国内外CFD沼气发酵搅拌装置研究现状10-12
  • 1.2.1 国外研究现状10-11
  • 1.2.2 国内研究现状11-12
  • 1.3 研究内容12-13
  • 1.4 研究方法13-14
  • 第二章 沼气发酵搅拌装置数学模型建立的数值理论和方法14-23
  • 2.1 搅拌装置数值模拟研究方法——CFD14-17
  • 2.1.1 CFD技术简介14-15
  • 2.1.2 CFD应用于搅拌槽中的研究历史和发展过程15-16
  • 2.1.3 CFD模拟研究的一般步骤16-17
  • 2.2 搅拌装置数值计算方法及模型建立17-22
  • 2.2.1 多相流模型的选用17
  • 2.2.2 控制方程的建立17-19
  • 2.2.3 湍流模型的选择19-20
  • 2.2.4 微分方程的离散及数值计算方法20-21
  • 2.2.5 搅拌桨区域处理方法21-22
  • 2.3 本章小结22-23
  • 第三章 搅拌对沼气发酵影响试验研究及与数值模拟结果对比23-31
  • 3.1 试验概述23
  • 3.2 试验材料与试验方法23-25
  • 3.2.1 试验材料与仪器23-24
  • 3.2.2 试验方法24-25
  • 3.3 试验结果与讨论25-26
  • 3.4 搅拌装置数值模拟研究26-27
  • 3.4.1 搅拌装置三维造型26-27
  • 3.4.2 计算体系27
  • 3.5 试验结果与数值模拟结果对比27-30
  • 3.6 本章小结30-31
  • 第四章 发酵搅拌装置内搅拌器对流场影响的模拟研究31-50
  • 4.1 搅拌桨的选择31-32
  • 4.2 不同搅拌桨层的影响32-41
  • 4.3 桨叶不同离底高度的影响41-49
  • 4.4 本章小结49-50
  • 第五章 结论与展望50-52
  • 5.1 结论50
  • 5.2 展望50-52
  • 参考文献52-56
  • 致谢56-57
  • 作者简介57


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

固-液搅拌槽内槽底流场的CFD模拟    王振松,李良超,黄雄斌

高粘度流体二维搅拌流场    陈梅,范西俊,窦梅,吴嘉

涡轮桨搅拌槽流动场数值模拟    侯拴弟,张政,王英琛,施力田

双层涡轮桨搅拌槽内混合过程的数值模拟    苗一;潘家祯;张国娟;闵健;高正明;

浆液池搅拌器固液两相三维数值模拟    马庆勇;

刮壁搅拌桨的最优设计    于鲁强,戴志潜,冯连芳,王凯,范西俊

FLUNET——CFD的领跑者    郭菁 ,董素艳

PGS饱和盐水泥浆搅拌时间对流变性的影响    刘建明,程健

大中型沼气工程技术讲座(一) 厌氧发酵及工艺条件    田晓东,强健,陆军

中国沼气产业发展展望——同济大学生物质能源中心主任朱洪光博士专访    张佰明;

搅拌槽内流动与混合过程的实验研究及数值模拟    周国忠

畜禽粪便厌氧干发酵处理搅拌反应器的研究设计    甘如海

搅拌槽内固-液悬浮的数值模拟    钟丽

沼肥研究与开发前景    邹长明;刘正;余海兵;汪建飞;

烟台地区调整农村能源结构推广沼气技术初探    王建亮;刘庆军;王玉梅;

有机固体废弃物厌氧发酵处理的研究进展    左秀锦;巩潇;曹建明;苏荣梅;王永波;

高职《沼气技术》工学结合教学探索与实践    刘德源;朱丽清;

沼肥对土壤和作物的影响研究现状    高红莉;郝民杰;赵风兰;

稻草秸秆厌氧发酵产沼气研究    刘秀娟;李晖;薛金红;牛潇;韦萍;

沼气产业在循环农业中的作用和地位    陈豫;胡伟;张培栋;

沼渣沼液在双孢蘑菇生产中的应用    刘德源;

基于Fluent的末制导炮弹初始段气动仿真    庞英良;宋卫东;杨晓霖;

搅拌槽内流体作用力下搅拌桨叶的应力计算    李志鹏,崔文勇,马鑫,刘新卫

城市绿化垃圾资源化利用和无害化处置技术研究进展    周智慧;毛飞君;赵晓联;

农业废弃物资源化利用新途径——覆膜槽干法发酵沼气工程技术    韩捷;向欣;李想;

沼气研究和利用的现状与发展趋势    赵新波;祝诗平;

可控集箱式沼气系统研究    张全国;范振山;杨群发;陈开碇;

畜禽养殖业环境污染及防治对策    张旭;

鸡舍舍外屋顶喷淋降温    张德晖;王学銮;方文熙;

浅谈沼气—柴油双燃料发动机与纯沼气发动机的配置与工艺    曾宪芳;

玉溪市农业面源污染的成因分析与对策建议    王树明;

接种物、pH值、曝气对秸秆两相厌氧消化的影响    朱瑾;叶小梅;常志州;许智;杜静;

秸秆产沼气研究进展    梁晓辉;华栋梁;许海朋;张杰;李岩;张晓东;

带导流筒搅拌槽中液—固—固三相流场的实验与模拟研究    王立成

中国农村户用沼气区域适宜性与可持续性研究    陈豫

沼气高效厌氧发酵的条件及产气效应研究    楚莉莉

利用超高速混合器制备纳米碳酸钙/聚丙烯复合材料的研究    王港

热管生物反应器的传递过程研究    王煜

搅拌槽内流动与混合过程的实验研究及数值模拟    周国忠

搅拌槽内宏观及微观混合的实验研究与数值模拟    闵健

新型特殊用途化学反应器若干问题的研究    罗鹏

新型聚合物水解搅拌装置应用研究及搅拌流场的数值模拟    姜斌

大面积自支撑金刚石—金属复合膜的电铸研究及其应用    方莉俐

湖北省农村沼气产业化发展模式与对策研究    刘莹玉

沼气在无公害蔬菜中的应用研究    王路易

沼渣利用下温室番茄及土壤环境对水氮耦合的响应    谢景欢

基于ANSYS的离心压缩机主要零件建模和受力分析    谷骁勇

沼液浓缩液与化肥配施对水稻和油菜产量及品质的影响    骆林平

搅拌器内部流场特征的数值模拟研究    何洲

基于数值模拟制备玻璃/铝基废弃物复合材料搅拌器结构的研究    张被刚

铁水预处理过程中喷气搅拌的实验与模拟研究    邵品

黄原胶体系中气液混合过程的数值模拟与实验研究    段所行

城郊集约化农牧生产体系养分流动特征及调控途径研究    侯勇

非牛顿流体流变学特性测试与建模    祝连庆;董明利;丁裕栋;

旋转圆盘上液固两相流冲刷磨损数值模拟研究    徐姚,张政,程学文,郑玉贵,柯伟,姚治铭

搅拌槽内非牛顿流体流动场的数值模拟    周国忠,聂毅强,包雨云,施力田,王英琛

物料粘度对多级搅拌釜混合特性的影响    包雨云,周国忠,王英琛,李传清

固-液搅拌槽内颗粒离底悬浮临界转速的CFD模拟    钟丽,黄雄斌,贾志刚

固液搅拌槽内近壁区液相速度研究    李良超,张仲敏,黄雄斌

求算界限温度日期的一种新方法——样条函数插值法    张连强,赵新平,欧阳宗继,赵有中,陈端生

混合机的混合原理和计算    饶应昌;

消化池的污泥搅拌    杨宝林

污泥机械搅拌装置    杭镇鑫,强成良,徐兰珍,陆平,钱平

循环流化床流动特性PIV测试和数值模拟    石惠娴

搅拌槽内流动与混合过程的实验研究及数值模拟    周国忠

搅拌槽内三维流场的实验研究及数值模拟    侯拴弟

畜禽粪便厌氧干发酵处理搅拌反应器的研究设计    甘如海

德国沼气工程技术考察及思考    杨世关;张百良;

德国沼气工程技术及其在中国的应用前景    Markus Dicke;

台州市首处大型沼气工程在温岭市建成    许式文

沼气工程产业化发展的正确途径    顾树华;

中国“产业沼气”的开发前景看好    

畜禽养殖场沼气工程建设的思考    周昱,阳作锋

养殖场沼气工程技术    王淑燕

循环利用的典范:欧洲沼气工程    赵军;田博;汪国刚;

实用性低维护沼气工程的研究与应用    王永智;阳运春;王建;

德国沼气工程技术及其在中国的应用前景    Markus Dicke;

大型养鸡场沼气工程浅析    张海青;杨慧云;高倩;

纯秸秆中高温高浓度发酵工艺制取沼气新技术    李砚飞;姚旭华;潘炳忠;代树智;

秸秆沼气工程工艺参数探讨    段娜;林聪;侯锦;赵凯;赵廷庄;

畜禽养殖场沼气工程厌氧消化技术优化分析    韩芳;林聪;

浅析我国发展秸秆沼气的必要性与可行性    刘德江;饶晓娟;刘永刚;邱桃玉;

万头奶牛场沼气工程设计与研究    曹成茂;吴扬;刘伟伟;杨智良;伍德林;杨迎春;

沼气工程技术的现状与发展趋势    吴兆流;

坚持技术创新,走规模化和工业化发展之路    唐兵;

沼气的综合利用技术和发展前景    王滨杰;贺立三;贾兵;

中国生物质能源(沼气)工程研究与前景展望    裴建川;张亦斌;张文;冯磊;陈伟芬;

沼气工程建设促富宁生态改善    熊仁武

上海开建规模化畜禽养殖沼气工程    楚慕

我国自主创新干法沼气工程    记者 王海蕴

小沼气产生大效益    通讯员 吕昌明 杨勇 太兵

沼气使用率覆盖率全国第一    本报记者 周月光

南雄掀起沼气工程建设高潮    特约记者 刘小弘

浮山村官进行沼气工程培训    记者 靳淑琴 通讯员 王二明 席绍华 高生芳

豫一污水沼气工程获评“环保示范”    特约记者 王景春

我市大力实施农村沼气工程    詹学明 记者 周庆霞

凤凰镇百姓日子好滋润    本报记者 董学宏 通讯员 王刚 张振吉

秸秆沼气厌氧发酵的预处理工艺优化及经济实用性分析    宋籽霖

规模化养猪场沼气工程发展的影响因素研究    林斌

农村沼气生态校园模式及其综合效益评价研究    王兰英

沼气高效厌氧发酵的条件及产气效应研究    楚莉莉

畜禽养殖污染防治的沼气技术采纳行为及绿色补贴政策研究    彭新宇

可再生能源领域CDM项目开发的关键问题研究    刘尚余

基于生命周期理论的畜禽养殖跨介质污染防治技术评估    程璜鑫

气候变化对中国农林生物质能的区域影响研究    马占云

厌氧发酵技术处理餐厨垃圾产沼气的研究    张存胜

沼液对土壤改良作用研究    李文涛

联户秸秆沼气工程工艺和模式的研究    卢金

太阳能沼气工程无线监测系统设计    薄军

沼气发电机冷却水预热沼气进料池系统的研究    康锡龙

河北省磁县沼气推广应用研究    李常伟

基于智能鸡舍的太阳能沼气工程的技术研究    赵梅娟

重庆市生物质能沼气化有效利用技术研究    管军伟

基于投入产出的浙江省江山市联户沼气工程发展研究    倪丹成

小型立体组合式沼气工程的创建及效果的研究    张燕

畜牧养殖厂中沼气工程设计及应用研究    李强

江苏省规模化养殖场沼气工程效益实证分析    孙淼